Manual SARndbox: Instalação e Uso

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Manual de Instalação,
Configuração e Uso da Caixa de
Areia de Realidade Aumentada
(SARndbox)
Versão Atualizada
2020
Maristela Denise Moresco Mezzomo
André Luiz Satoshi Kawamoto
Giorgio Artur Garcia Braz
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus Campo Mourão
©2020 Dos autores 
 
Obra licenciada sobre 
Creative Commons (CC BY-NC 4.0) 
 
Grafia atualizada segundo o Acordo Ortográfico da Língua 
Portuguesa de 1990, que entrou em vigor no Brasil em 2009. 
Revisão 
André Luiz Satoshi Kawamoto 
Giorgio Artur Garcia Braz 
Maristela Denise Moresco Mezzomo 
Edição 
Nova História Assessoria e Gestão Cultural 
Projeto Gráfico 
André Luiz Satoshi Kawamoto 
Giorgio Artur Garcia Braz 
Maristela Denise Moresco Mezzomo 
Equipe de Apoio 
André Luiz Alves 
Gabriel de Souza 
Jair Elias dos Santos Júnior 
 Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP) 
 
 Mezzomo, Maristela Denise Moresco 
M617m Manual de instalação, configuração e uso da 
caixa de areia de realidade aumentada (SARndbox): 
versão atualizada / Maristela Denise Moresco 
Mezzomo, André Luiz Satoshi Kawamoto, Giorgio Artur 
Garcia Braz. -- Campo Mourão, PR : Nova História 
Assessoria e Gestão Cultural, 2020. 
 58 p.: il. color. 
 
 ISBN: 978-65-00-02260-5 (E-book) 
 Referências: p.58. 
 
 1. Relevo (Geografia). 2. Geomorfologia. 3. 
Realidade aumentada. I. Kawamoto, André Luiz 
Satoshi. II. Braz, Giorgio Artur Garcia. III. 
Título. 
 
 
CDD 23.ed. 526.98 
Márcia Regina Paiva de Brito – CRB-9/1267 
 
NOVA HISTÓRIA ASSESSORIA E GESTÃO CULTURAL 
Rua João Teodoro de Oliveira, 171 – Parque das Acácias 
CEP 87.305-555 – Campo Mourão – Paraná 
Telefone: (44) 99923-4760 
 
 
Agradecimentos
Agradecemos a você leitor, que demonstra interesse pelo nosso projeto e assim, nos incentiva a dar
continuidade. Aos ex-alunos do curso Técnico Integrado em Informática André Amaro Mamédio
dos Santos, Diego Aguiar da Silva e Victor Matheus Alflen, que tiveram a iniciativa para dar os
primeiros passos que viabilizaram a versão inicial da SARndbox UTFPR. Ao Guilherme Castro
Diniz e a Anne Caroline Sampaio Vaz, que foram de suma importância na concepção da primeira
versão desse manual.
Aos colegas professores e alunos dos grupos de pesquisa em Geoecologia e Gestão Ambiental
(GPGGA) e de Interfaces Computacionais (GIC), do Laboratório de Estudos Geoecológicos e
Gestão Ambiental (LAGEA), ao programa de Mestrado Profissional ProfÁgua e aos Departamentos
Acadêmicos de Ambiental (DAAMB) e de Computação (DACOM), agradecemos todo apoio
recebido.
À Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR câmpus Campo Mourão que, por meio
da direção geral e de suas diretorias, tem apoiado este projeto. Em especial, agradecemos a
Diretoria de Relações Empresariais e Comunitárias - DIREC pelo apoio financeiro (bolsa) via
edital PROREC Projeto Destaque. À Universidade Pública, pelo valor dado à pesquisa, ao ensino e
a extensão e todas as oportunidades de transformação intelectual e social que promove aos seus
alunos e à sociedade. Muito obrigado!
Maristela Denise Moresco Mezzomo
André Luiz Satoshi Kawamoto
Maio de 2020
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus Campo Mourão
http://www.utfpr.edu.br/campus/campomourao
http://www.utfpr.edu.br/campus/campomourao
http://dgp.cnpq.br/dgp/espelhogrupo/205341
http://dgp.cnpq.br/dgp/espelhogrupo/205341
http://dgp.cnpq.br/dgp/espelhogrupo/39095
https://portal.utfpr.edu.br/cm/profagua
http://www.utfpr.edu.br/cursos/coordenacoes/graduacao/campo-mourao/cm-engenharia-ambiental/
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http://dacom.cm.utfpr.edu.br/
Sumário
Apresentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1 Realidade Aumentada na Educação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1 Introdução 11
1.2 Realidade Virtual e Realidade Aumentada 11
1.3 Aplicações de Realidade Aumentada na Educação 13
1.3.1 3D Pop-up Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.2 Augmented Chemistry Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.3 Augmented Reality Magic Mirror . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.4 Music-AR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.5 Considerações Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Referências 16
2 Montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1 Materiais Necessários 19
2.1.1 Requisitos do Computador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.2 Requisitos do Projetor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.3 Construção da Caixa de Areia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2 Montagem da SARndbox 22
2.2.1 Posicionamento do Sensor Kinect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.2 Instalação do Projetor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3 Instalação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1 Sistema Operacional 25
3.1.1 Drivers de Vídeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.2 Criação das Teclas de Atalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2 Download e Instalação dos Softwares 28
3.2.1 Vrui . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.2 Kinect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2.3 SARndbox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4 Configuração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.1 Medição da Extensão da Superfície 30
4.2 Cálculo da Matriz de Calibração 35
4.3 Configuração pós-instalação e ajuste de precisão 39
4.3.1 Criação do diretório de arquivos de configuração por aplicativo . . . . . . . . . 39
4.3.2 Criação de um arquivo de configuração para o CalibrateProjector . . . . . . . 39
4.3.3 criar um arquivo de configuração para a SARndbox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.4 Criação de ícone de execução para Área de Trabalho 41
5 Execução da SARndbox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.1 Opções de execução 42
6 Práticas Didáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.1 Formas de Relevo 46
6.1.1 Aplicação: Criando Formas de Relevo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.2 Bacia Hidrográfica 48
6.2.1 Aplicação: Criando uma Bacia Hidrográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6.3 Classificação do Relevo 50
6.3.1 Aplicação: Classificando o Relevo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.4 Relevo e Código Florestal 52
6.4.1 Aplicação: Reproduzindo vertentes/encostas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.5 Rios e Código Florestal 54
6.5.1 Aplicação: Construindo leitos de rios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Referências 55
Autores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Apresentação
A SARndbox (Augmented Reality Sandbox – ARS) é uma Caixa de Areia de Realidade Aumentada
que visa integrar um sistema de realidadeaumentada a modelos topográficos criados fisicamente e
que têm sua superfície escaneada em tempo real. Esses modelos são usados como plano de fundo
para uma variedade de efeitos gráficos e simulações. O produto final é um sistema contendo um
computador, um projetor, um sensor de profundidade (Microsoft Kinect) e uma caixa contendo
material que pode ser manipulado (areia), para criar as topografias interativamente e com baixa
necessidade de supervisão por parte de um especialista.
A SARndbox é um projeto original do professor Oliver Kreylos, do Departamento de Ciência da
Computação da Universidade da Califórnia Davis (UC Davis) em parceria com o Centro de Pesquisa
Ambiental de Tahoe e Aquário e Centro de Ciências ECHO Lake. O projeto está disponível de
forma gratuita na internet 1 sob licença GNU.
O contato com o projeto original da SARndbox via internet, levou ao desenvolvimento da SARnd-
box UTFPR no ano de 2015, sendo uma iniciativa de alunos do curso Técnico Integrado em
Informática (Diego Aguiar da Silva, André Amaro Mamédio dos Santos, Victor Matheus Alflen),
juntamente com os professores Maristela Denise Moresco Mezzomo do Departamento Acadêmico
de Ambiental e André Luiz Satoshi Kawamoto do Departamento de Ciência da Computação, da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná, câmpus Campo Mourão, Paraná. A SARndbox
UTFPR está instalada e em funcionamento desde então, no Laboratório de Estudos Geoecológicos
e Gestão Ambiental – LAGEA do respectivo câmpus, sendo utilizada para diferentes aplicações
como aulas práticas, mini-cursos, workshop e visitas da comunidade externa.
A experiência com a instalação da SARndbox, resultou, no ano de 2016, na elaboração do Manual
de Instalação, Configuração e Uso da Caixa de Areia de Realidade Aumentada (SARndbox)2,
com autoria de André Luiz Satoshi Kawamoto, Maristela Denise Moresco Mezzomo, Guilherme
1Disponível em: https://arsandbox.ucdavis.edu/
2http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5908
Castro Diniz e Anne Caroline Sampaio Vaz. O manual teve projeções importantes em várias
regiões do Brasil, contribuindo para a instalação de outras SARndbox. Para tanto, a rápida evolução
tecnológica, muito necessária atualmente, possibilitou novos usos e funções para a SARndbox e
diante disso, houve a necessidade de atualização do Manual.
Dessa forma, apresentamos a versão atualizada do manual, o qual foi revisado e atualizado, de
forma a contribuir na atualização das SARndbox já instaladas, bem como na instalação de novas.
Esperamos que o Manual possa ajudar na divulgação do uso de ferramentas tecnológicas em suas
mais diversas aplicações, principalmente, no meio educacional.
Novidades da Versão Atualizada
Esta edição do Manual de Instalação, Configuração e Uso da Caixa de Areia de Realidade
Aumentada (SARndbox), com sua primeira versão publicada em 2016, por meio do Repositório de
Outras Coleções Abertas (ROCA)3, se diferencia por melhorias pontuais no texto, visando facilitar
a exposição de instruções ao usuário iniciante da SARndbox. Também trata de atualizações nos
softwares utilizados afim de explorar plenamente o que a ferramenta pode oferecer. Apresenta ainda,
novas funcionalidades da aplicação, presentes na última versão lançada dos softwares originais.
O que há de novo
A primeira edição aborda a configuração e utilização das três aplicações necessárias para o uso da
SARndobx, sendo elas: Vrui Vr Toolkit 3.1-004, Kinect-2.8-002 e SARndbox-1.6.
As atualizações de Softwares para a edição corrente são:
• Vrui-4.6-005
• Kinect-3.7
• SARndbox-2.6
Suporte à placas de vídeo
Em versões anteriores recomendava-se, dentre as opções do mercado, a utilização da placa de vídeo
offboard AMD/ATI Radeon. No entanto, para a versão de software abordada neste manual, os
desenvolvedores (UC Davis) não recomendam o uso de placas gráficas AMD/ATI (Radeon), pois o
driver do Linux pode causar problemas com a simulação de água da SARndbox.
Suporte experimental ao Sensor Kinect de 2ª geração
Quando publicamos a primeira versão deste manual, a segunda geração do Sensor Kinect não era
suportada pela SARndbox. Pode ser útil saber que, para a versão de software tratada na atual edição,
o suporte para o Sensor Kinect de segunda geração para o Windows v2 é atualmente experimental.
Opções de execução
Esta edição atualiza as opções de execução da SARndbox, presentes na tabela 5.1. Agora, ao
invés de 23, o usuário conta com 30 opções para as mais variadas aplicações, dentre as presentes
anteriormente e as adicionadas até a versão 2.6 da SARndbox.
Outras novidades que merecem destaque
Pensando em melhorar a experiência do usuário no processo de configuração, que pode ser sensível
e pouco intuitivo, incluímos recursos como ilustração e pequenas modificações no texto, além de
3Disponível em: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5908
um tutorial para a criação de um ícone de atalho para executar a SARndbox sem a necessidade de
usar o terminal.
Também gostará de saber que está disponível um canal no YouTube (https://tinyurl.com/
SarndboxUTFPR) com demonstrações de uso e vídeos tutoriais para os processos de instalação e
configuração estão sendo preparados.
Finalmente, desejamos que você tenha a experiência mais suave possível para montar, configurar e
utilizar esta maravilhosa ferramenta que é a SARndbox!
Os autores
https://www.youtube.com/channel/UCs3vgsEw70BhNJmyLfjgw4w/featured
https://tinyurl.com/SarndboxUTFPR
https://tinyurl.com/SarndboxUTFPR
1. Realidade Aumentada na Educação
1.1 Introdução
Desde o princípio do desenvolvimento de sistemas computacionais interativos, aplicações com
objetivos diversos, que variam desde o entretenimento e a comunicação entre pessoas até tarefas
bastante complexas, como o controle de robôs e veículos, equipamentos de medicina, telepresença,
e outros, têm sido propostas. Esse fenômeno pode ser notado também na Educação, que reiterada-
mente recebe iniciativas visando auxiliar professores e alunos.
Nesse sentido, existem sistemas que apoiam a gestão de atividades administrativas, a preparação de
materiais de apoio e de avaliações, além de projetos que visam facilitar o ensino de praticamente
todas as disciplinas, por exemplo línguas, matemática, física, programação, entre outras coisas
[1, 2, 3, 4].
Recentes avanços na tecnologia de sistemas computacionais e dispositivos eletrônicos em geral
viabilizaram, ainda, a introdução de interfaces computacionais ainda mais interativas, que permitem
que usuários se sintam imersos em ambientes sintetizados por computador, ou que tenham a impres-
são de que objetos sintéticos (virtuais) fazem parte do ambiente real. Essas modalidades de interface
são conhecidas como Realidade Virtual (RV) e Realidade Aumentada (RA), respectivamente.
1.2 Realidade Virtual e Realidade Aumentada
Por se tratar de tecnologias altamente dependentes de processamento em tempo real, RV e RA
são influenciadas pela evolução da computação, tanto do ponto de vista do hardware quanto do
software. Além disso, pelo fato de terem sido criadas há varias décadas, suas definições foram
atualizadas ao longo do tempo, em função de fatores como a multiplicidade de plataformas e a
viabilização de softwares capazes de tratar elementos multissensoriais.
A primeira vez que o termo “Realidade Virtual” foi utilizado data da década de 1980, por Jaron
Lanier, que afirma:
12 Capítulo 1
"O virtual é como o complexo problemático, o nó de tendências ou de forças que
acompanha uma situação, um acontecimento, um objeto ou uma entidade qualquer, e
que chama um processo de resolução: a atualização."[5].
Nesse sentido, explica que o virtual não é contrário ao real, mas sim que o complementa de modo a
trazer experiências diversas às pessoas sem riscos ou consequências.
Outros pesquisadores, ainda, definem a RV como uma interface humano-computador avançada que
simula um ambiente realístico, permitindo interação por parte dos envolvidos [6] ou mesmo como
a utilização de tecnologia avançada para envolver o usuário de modoa induzir que pense que está
em uma realidade alternativa gerada virtualmente [7].
Tendo em vista essas definições, podemos considerar que a Realidade Virtual é uma tecnologia que
utiliza ambientes artificiais, ou seja, sinteticamente gerados por computador, para dar ao usuário a
sensação estar totalmente inserido na aplicação, de forma que qualquer interação com o sistema
computacional se dê por meio de ações nesse mundo virtual.
A Realidade Aumentada, por sua vez, pode ser descrita como a extensão de uma visão do mundo
real por meio da incorporação de informações adicionais [8], ou seja, aplicações que suplementam
o mundo real com objetos gerados por computador que parecem coexistir no mesmo espaço, desde
que respeitem as seguintes propriedades [9]:
• combinam objetos reais e virtuais no mesmo ambiente real;
• executam de maneira interativa em tempo real;
• alinham objetos reais e virtuais; e
• podem incorporar elementos que estimulam qualquer sentido humano, incluindo audição,
olfato, tato e paladar.
Essa tecnologia possui como vantagem permitir o uso de ações tangíveis multimodais que facilitam
a interação, além de motivar usuários a engajar-se com as aplicações [10, 11, 12].
Essa definição faz alusão a um conceito mais amplo denominado Realidade Misturada (RM). A
RM resulta da combinação entre o ambiente real e o ambiente virtual, subdividido em Virtualidade
Aumentada, onde o ambiente predominante é o virtual e Realidade Aumentada, em que o ambiente
predominante é o real. A Figura 1.1 demonstra essa relação [13].
Figura 1.1: Continuum da Realidade Misturada
Fonte: Adaptado de Milgram e Kishino, 1995
Cada vez mais presente no cotidiano, a Realidade Aumentada se estende para além de aplicativos
para smartphones e dispositivos móveis simples com superposição de objetos 3D para fins de
13
marketing, para casos de uso bastante complexos, fornecidos por um ecossistema de hardware e
software em rápido crescimento [14].
1.3 Aplicações de Realidade Aumentada na Educação
Aplicações de RA na Educação visam promover o ensino desde o ensino fundamental até a educação
superior, em diversas áreas do conhecimento [15, 16, 17]. Nessa seção, alguns exemplos do uso
dessa tecnologia são apresentados.
1.3.1 3D Pop-up Book
O 3D Pop-up Book [18] é um livro de Realidade Aumentada utilizado para o ension de língua
inglesa na Tailândia, que utiliza marcadores para combinar personagens e objetos em um livro
(Figura 1.2).
O 3D Pop-up Book [18] é um livro de Realidade Aumentada utilizado para o ensino de língua
inglesa na Tailândia, que utiliza marcadores para combinar personagens e objetos em um livro
(Figura 1.2).
Figura 1.2: 3D Pop Up Book
Fonte: Vate-U-Lan, P, 2012
Os resultados apresentados pelos autores corroboram com avaliações de usabilidade, que sempre
demonstram o grande interesse por parte dos usuários nessa tecnologia, destacando seus aspectos
lúdicos e inovadores, bem como suas possibilidades em diversas outras áreas [18].
1.3.2 Augmented Chemistry Reactions
Para facilitar a compreensão da química, sobretudo a estrutura espacial de moléculas e seu compor-
tamento em algumas reações, Maier e Klinker propõem uma ferramenta de visualização para exibir
e controlar moléculas, bem como a dinâmica entre elas [19].
14 Capítulo 1
Essa ferramenta, implementada utilizando o ARToolkit [20], necessita de um bastão ao qual um
cubo com diferentes padrões geométricos (marcadores) em cada uma de suas faces é anexado numa
das extremidades(Figura 1.3). O uso do bastão permite que esse cubo seja manipulado de forma a
melhor visualizar, rotacionar e assim perceber a estrutura atômica das moléculas projetadas (Figura
1.4).
Figura 1.3: Cubo com marcadores
Fonte: Maier, P. e Klinker, G., 2013
Figura 1.4: Cubo com Moléculas Projetadas
Fonte: Maier, P. e Klinker, G., 2013
15
1.3.3 Augmented Reality Magic Mirror
No ensino de Anatomia, Blum et al. propõem um sistema que utiliza um "Espelho de Realidade
Aumentada"[21]. Esse sistema utiliza o sensor de profundidade do Microsoft Kinect para rastrear
a postura de um usuário que se posiciona em frente a uma tela. Uma imagem de tomografia
computadorizada é sobreposta ao reflexo do usuário, criando a ilusão de que é possível observar a
parte interna de seu corpo, como mostrado na Figura 1.5.
Figura 1.5: Mirracle
Fonte: Adaptado de Blum et. al., 2012
Gestos são usados para selecionar diferentes camadas da imagem de tomografia, e um conjunto de
dados fotográficos pode ser escolhido para visualização. Esse sistema também é capaz de exibir
modelos 3D dos órgãos internos, informação textual e imagens anatômicas. A interação dispensa o
uso de marcadores, e se dá pelo sensor de profundidade. Ao afastar ou aproximar as mãos de um
plano de interação virtual, os usuários conseguem perceber a relação espacial entre o seu próprio
corpo e os objetos projetados.
1.3.4 Music-AR
Music-AR [22] é um conjunto de quatro aplicações de RA baseadas em marcadores desenvolvido
para auxiliar o ensino de propriedades sonoras no contexto de educação musical, como por exemplo
o timbre, a duração, o tom (de agudo a baixo), e a intensidade.
A primeira aplicação está relacionada à direção do som (curta ou longa); a segunda se relaciona
ao timbre (a “personalidade” do som); a terceira permite que a criança contraia ou estique objetos
virtuais relacionados a sons, e perceba o conceitos de agudo e baixo; finalmente, a quarta aplicação
foca no conceito de intensidade de som, associando-o a animais virtuais que são posicionados em
diferentes distâncias em relação à criança. A Figura 1.6 mostra a interface dessas quatro aplicações.
16 Capítulo 1
Figura 1.6: Interface das aplicações do Music-AR.
Fonte: Martins et. al., 2015
1.3.5 Considerações Finais
A maioria dos exemplos encontrados na literatura tem sido utilizada por educadores para permitir
experiências de ensino preconcebidas. Isso pode levar a situações nas quais a RA apenas desenvolve
habilidades de raciocínio de menor ordem, em vez de encorajar habilidades integrativas, como a
análise, a avaliação e a criação. Assim, o uso de aplicações de RA par estimular o pensamento
crítico deve ser um objetivo principal, permitindo estudantes a interagir e atuar de forma ativa com
esses sistemas em vez de serem meros espectadores.
Referências
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Immersive Augmented Reality system for education. In: . c2014. p. 495–498.
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Application of Augmented Reality in Engineering Graphics Education. v. 2, p. 362–365,
Dec 2011.
[3] RESNYANSKY, D.; İbili, E.; BILLINGHURST, M. The Potential of Augmented Reality
for Computer Science Education. In: . c2018. p. 350–356.
17
[4] KUANG, Y.; BAI, X. The Feasibility Study of Augmented Reality Technology in Early
Childhood Education. In: . c2019. p. 172–175.
[5] LÉVY, P. O que é o virtual? Editora 34, 2011.
[6] LATTA, J. N.; OBERG, D. J. A conceptual virtual reality model. IEEE Computer Graphics
and Applications, v. 14, n. 1, p. 23–29, Jan 1994.
[7] TEIXEIRA, K.; PIMENTEL, K. Virtual reality: Through the new looking glass ed. 2.
Windcrest Books, 1993. v. 13.
[8] SINGH, M.; SINGH, M. P. Augmented Reality Interfaces. IEEE Internet Computing, v. 17,
n. 6, p. 66–70, Nov 2013.
[9] AZUMA, R.; BAILLOT, Y.; BEHRINGER, R.; FEINER, S.; JULIER, S.; MACINTYRE, B.
Recent advances in augmented reality. IEEE Computer Graphics and Applications, v. 21,
n. 6, p. 34–47, Nov 2001.
[10] KIRNER, C.; KIRNER, T. G. Virtual Reality and Augmented Reality Applied to Simula-
tion Visualization. In: Simulation and Modeling. IGI Global, 2008. p. 391–419.
[11] KIRNER, C.; TORI, R. Fundamentos de Realidade Aumentada. In: Fundamentos e
Tecnologia de Realidade Virtual e Aumentada. Editora SBC, 2006. p. 22–38.
[12] AZUMA, R. T. A Survey of Augmented Reality. Presence: Teleoper. Virtual Environ.,
Cambridge, MA, USA, v. 6, n. 4, p. 355–385, Aug. 1997.
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Industry 4.0 by Human Performance Augmentation Tools: Challenges and Roadmap.
In: . PETRA ’17. New York, NY, USA: ACM, c2017. p. 428–432.
[15] REED, S.; KREYLOS, O.; HSI, S.; KELLOGG, L.; SCHLADOW, G.; YIKILMAZ, M.;
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An interactive, augmented reality sandbox for advancing earth science education. In: .
c2014.
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Reality in education – cases, places and potentials. Educational Media International, v.
51, n. 1, p. 1–15, 2014.
[18] VATE-U-LAN, P. An Augmented Reality 3D Pop-Up Book: The Development of a
Multimedia Project for English Language Teaching. In: . c2012. p. 890–895.
[19] MAIER, P.; KLINKER, G. Augmented chemical reactions: An augmented reality tool to
support chemistry teaching. In: . c2013. p. 164–165.
[20] KATO, H.; BILLINGHURST, M. Marker tracking and HMD calibration for a video-
based augmented reality conferencing system. In: . c1999. p. 85–94.
18 Capítulo 1
[21] BLUM, T.; KLEEBERGER, V.; BICHLMEIER, C.; NAVAB, N. Mirracle: An augmented
reality magic mirror system for anatomy education. In: . c2012. p. 115–116.
[22] MARTINS, V. F.; GOMEZ, L.; CORRêA, A. G. D. Teaching Children Musical Perception
with MUSIC-AR. EAI Endorsed Transactions on e-Learning, v. 2, n. 2, 3 2015.
2. Montagem
2.1 Materiais Necessários
A Augmented Reality Sandbox – (ARS - Caixa de Areia de Realidade Aumentada), requer para seu
funcionamento, a seguinte configuração mínima de hardware:
• Um computador com placa gráfica dedicada (offboard), executando o Sistema Operacional
GNU/Linux;
• Um sensor de profundidade Microsoft Kinect 1.0. O software utilizado pela SARndbox
(Kinect 3D Video Package) é compatível com os três modelos da primeira geração Kinect
(Kinect para a Xbox 1414, 1473 e Kinect para Windows), além do Kinect para Xbox One.1
• Um projetor digital de dados com uma interface de vídeo digital, como HDMI, DVI ou
DisplayPort;
• Uma caixa de areia de forma que seja possível instalar o sensor Kinect e o projetor acima.
• Areia
2.1.1 Requisitos do Computador
Para executar o software da ARS, recomenda-se utilizar um computador com placa de vídeo
offboard. No entanto, os desenvolvedores (UC Davis) não recomendam o uso de placas gráficas
AMD/ATI (Radeon), pois o driver do Linux pode causar problemas com a simulação de água da
SARndbox. O processador (CPU) do computador deve ser rápido (Intel Core i5 é suficiente). O
sistema não requer grande quantidade de memória RAM, sendo que 2 GB são suficientes. Quanto
ao disco rígido (Hard Disk – HD), 20 GB bastam para a instalação do Sistema Operacional e do
software.
Embora seja possível o software da ARS ser executado no macOS, os desenvolvedores recomendam
fortemente o Linux, porque as instalações baseadas em Linux são mais estáveis.
1O suporte para o Kinect de segunda geração para o Windows v2 é atualmente experimental.
20 Capítulo 2
A configuração de hardware mínima sugerida é:2
• Um computador com processador Intel Core i5 ou Core i7, executando em velocidade de
pelo menos 3 GHz;
• Placa de vídeo NVidia GeForce GTX 970;
• HD de 20GB;
• 2GB de memória RAM;
• Sistema Operacional Linux Mint, versão MATE de 64-bit.3
O sistema da ARS possui dois componentes principais: um renderizador do mapa topográfico, que
gera as curvas projetadas sobre a superfície da areia, e um componente responsável pela simulação
de fluxo de água.
O primeiro executa com relativa facilidade em processador e placa de vídeo de desempenho médio
(mid-end) e funciona na maioria dos laptops ou PCs disponíveis no mercado. O componente de
simulação de água, por sua vez, requer hardware de um alto desempenho (high-end), razão da
recomendação de utilizar uma placa de vídeo como a Nvidia GeForce GTX 970, ou superior, capaz
de processar dados gráficos e gerar animações em tempo real. Caso não seja possível instalar o
sistema em um computador com as características recomendadas, é possível desativar a simulação
de água.
O maior benefício de utilizar um computador exclusivo é permitir que a ARS atue como uma
instalação interativa independente em uma sala, museu ou exposição. Uma vez que o sistema ARS
não necessita de uma conexão com a Internet.
2.1.2 Requisitos do Projetor
Idealmente, o projetor deve ter um comprimento de curta distância e uma proporção dimensional
nativa de 4:3 para coincidir com o campo de visão da câmera do sensor Kinect. A resolução de
1024x768 pixels é suficiente, uma vez que a resolução total do sistema é limitada pela câmera do
Kinect (640x480 pixels). O projetor ideal é do tipo “projetor de linha central”, para ser montado
diretamente ao lado da câmera Kinect.
É altamente recomendável que o projetor seja conectado à placa de vídeo do PC através de uma
conexão de vídeo digital, ou seja, usando uma porta HDMI no projetor e uma porta HDMI, DVI ou
DisplayPort na placa gráfica. Utilizar conexão analógica (VGA) entre o projetor e o computador,
poderá degradar a imagem, além de causar desalinhamento entre a imagem projetada e a superfície
de areia.
2.1.3 Construção da Caixa de Areia
A caixa utilizada deve ter uma proporção de 4:3, para corresponder tanto ao campo de visão da
câmera do Kinect quanto à área de cobertura do projetor. O tamanho da caixa é limitado pelas
distâncias mínima e máxima da câmera Kinect e pela resolução desejada. O ângulo do campo de
visão da câmera do sensor Kinect é de cerca de 90º, por isso, o sensor deve ser posicionado o mais
alto possível acima da superfície da areia, diretamente acima do centro da caixa (Figura 2.1)4
2Disponível em: https://arsandbox.ucdavis.edu/instructions/hardware-2
3Disponível para download em http://www.linuxmint.com
4Disponível em: http://idav.ucdavis.edu/ okreylos/ResDev/SARndbox/Instructions.html
21
A recomendação dos desenvolvedores é utilizar uma caixa de 1m x 0.75m, com o sensor Kinect
posicionado entre 0.4m e 1m de altura. Nessa posição, a resolução horizontal nominal da câmera é
de 1.56mm, e sua efetiva resolução horizontal é alta o suficiente para resolver recursos na ordem
de 5mm. Caso seja de interesse aumentar o tamanho da caixa de areia, a altura necessária para
posicionar o sensor e o projetor também aumenta.
Figura 2.1: Montagem funcional da SARndbox
Fonte: IDAV, s/d.
Areia
A caixa de areia deve ser preenchida com areia a uma profundidade de cerca de 4cm a 10cm.
Os desenvolvedores recomendam o uso do produto comercial Sandtastik White Play Sand, que
possui excelentes propriedades de projeção. É recomendado manter a areia ligeiramente úmida
para facilitar a criação de contornos.5
Preocupações com a Saúde
A areia de construção é, basicamente, sílica cristalina, principalmente na forma de quartzo. A sílica
não é tóxica quando ingerida oralmente, porém a inalação da poeira de sílica muito fina pode causar
efeitos adversos à saúde.
O produto recomendado pelos desenvolvedores (e similares comerciais) não contém poeira de sílica.
No caso da substituição por areia comum, adquirida em lojas de materiais de construção, deve-se
higienizar esse material antes, a fim de reduzir a quantidade de partículas de poeira contidas nela.
O processo de higienização consiste em remover as partículas sólidas visíveis da areia (utilizando
uma peneira) e, em seguida, lavar apenas com água repetidamente, drenando totalmente a areia
a cada lavagem, até que o líquido utilizado permaneça cristalino. Após a lavagem, deixar a areia
secar naturalmente.
5No contexto do projeto implementado na UTFPR-CM, foi utilizada areia de construção como substituto do produto
comercial recomendado, com resultados bastante satisfatórios.
22 Capítulo 2
2.2 Montagem daSARndbox
Construir a caixa de areia propriamente dita e montar a câmera e o projetor Kinect acima dela
são deixados como exercícios para o leitor (consulte a Figura 2.1 para obter um esboço de layout
aproximado). Nosso próprio protótipo AR Sandbox é construído de madeira e ferro. A caixa de
areia propriamente dita é a madeira compensada no topo de uma distância entre eixos robusta (para
mobilidade), coberta generosamente com poliuretano para tornar a caixa de areia impermeável
e resistente à podridão (estamos usando pequenas quantidades de água para moldar a areia). O
conjunto do projetor e da cabeça da câmera é feito de lâminas de alumínio, e todo o conjunto
é suspenso acima da caixa de areia a partir de um tubo de aço vertical. O conjunto da cabeça
oferece um ajuste limitado para a posição e orientação da câmera e do projetor para permitir o
alinhamento físico entre a superfície da areia, o campo de visão da câmera e a imagem projetada.
Mais importante ainda, o projetor deve ser orientado de tal forma que projete no eixo sobre a
superfície da areia “ideal”. Isso minimiza os efeitos de distorção e problemas de foco.
A correta execução do sistema requer que todos os componentes físicos (caixa de areia, câmera
do sensor Kinect e projetor) estejam instalados adequadamente. Além disso, os componentes de
software precisam ser calibrados uns em relação aos outros. Para tanto, recomenda-se que:
• A câmera do sensor Kinect, posicionada acima da caixa de areia, esteja apontando para baixo
de forma que seja possível observar a superfície inteira da areia. O aplicativo RawKinectVi-
ewer (instalado junto com o Vrui) deve ser utilizado para alinhar a profundidade da câmera
enquanto ignora a câmera de cor;
• As dimensões da superfície de areia em relação ao sistema interno de coordenadas da câmera
do sensor Kinect sejam medidas usando RawKinectViewer em conjunto com uma ferramenta
de medição 3D;
• A imagem do projetor, montado acima da superfície da areia, deve sobrepor o máximo
possível do campo de visão do sensor Kinect;
• Seja obtida uma matriz de calibração para mapear o espaço da câmera do sensor Kinect
para o espaço do projetor usando o utilitário CalibrateProjector e um objeto circular de
calibragem.
2.2.1 Posicionamento do Sensor Kinect
Em teoria, a câmera do sensor Kinect pode ser apontar para a superfície da areia a partir de qualquer
posição e/ou ângulo. No entando, melhores resultados são obtidos quando a câmera é posicionada
de forma que ela aponte diretamente para a superfície, sobrepondo seu campo de visão exatamente
às extensões da caixa de areia.
A distância utilizada na construção da SARndbox da UTFPR-CM foi de 1 metro, medido a partir
do sensor kinect até a superfície areia. O sensor foi posicionado precisamente acima do centro da
caixa (Figura 2.2).
23
Figura 2.2: SARndbox UTFPR.
Fonte: Arquivo LAGEA – Laboratório de Estudos Geoecológicos e Gestão Ambiental, UTFPR-CM
2.2.2 Instalação do Projetor
Assim como com a câmera Kinect, a SARndbox é capaz de lidar com alinhamentos arbitrários.
Desde que exista sobreposição entre campo de visão da câmera do Kinect e a imagem projetada, é
possível calibrar um em relação ao outro.
Apesar dessa possibilidade, é melhor alinhar o projetor cuidadosamente de modo que se projete
perpendicularmente à superfície de areia. A principal razão para isso é evitar a distorção de pixels:
se a projeção é fora do eixo, o tamanho dos pixels projetado altera os pixels ao longo da superfície
da areia.
O software da SARndbox é capaz de controlar a distorção geométrica geral, porém não pode
alterar o tamanho dos pixels apresentados. A imagem projetada fica melhor se todos os pixels são
quadrados e possuem o mesmo tamanho, por essa razão é melhor que a projeção seja perpendicular
à superfície da areia.
A medida utilizada no projeto foi de 1.20m, 20 centímetros mais alto que a altura da câmera do
sensor Kinect. Isso ocorre porque foi utilizado um projetor com uma resolução mais baixa que a
recomendada (800 x 600 pixels). Assim, para que a imagem projetada correspondesse à superfície
da areia foi necessário posicionar o projetor mais alto. O projetor não ficou exatamente sobre o cen-
tro da caixa, mas sim, próximo a uma das bordas, como sugerido pelos desenvolvedores (Figura 2.1).
A altura em que o projetor deve ser posicionado pode mudar, de acordo com as propriedades do
projetor. Por exemplo, se o projetor tiver uma resolução maior (1024x768), essa altura deverá ser
menor.
3. Instalação
Para auxiliá-lo no processo de instalação,
recomendamos que acompanhe nosso tutorial
em vídeo no YouTube
(https://tinyurl.com/SarndboxUTFPR)
Todo o processo de instalação da SARndbox em um computador, desde o Sistema Operacional,
passando pelo download e instalação dos pacotes de software necessários, até a configuração do
sistema é descrito aqui. Nesse processo, são utilizados:
• Sistema Operacional Linux Mint 19.1 “Tessa” com interface MATE e arquitetura de 64 bits;1
• Vrui Vr Toolkit 4.6-005 lançada em 27/11/2018, e o script do Ubuntu 18.04 LTS (“Bionic
Beaver”) denominado “Build-Ubuntu.sh”;2
• Kinect 3D Video Package na versão 3.7;3
• Augmented Reality Sandbox na versão 2.6.4
Recomenda-se utilizar esse conjunto de aplicativos, pois existem interdependências entre esses
pacotes de software. Por exemplo, a versão 2.6 do software da SARndbox requer a versão “Kinect
3.7” e a versão “Vrui 4.6-005”.
1Disponível para download em: https://linuxmint.com/edition.php?id=261
2Disponível para download em: https://arsandbox.ucdavis.edu/technical-resources/downloads/vrui-vr/
3Disponível para download em: https://arsandbox.ucdavis.edu/technical-resources/downloads/kinect/
4Disponível para download em: https://arsandbox.ucdavis.edu/technical-resources/downloads/sarndbox-2/
https://www.youtube.com/channel/UCs3vgsEw70BhNJmyLfjgw4w/featured
https://tinyurl.com/SarndboxUTFPR
25
Todo o processo de instalação, passo-a-passo, dos softwares listados é demonstrado ao longo
dessa descrição. A fim de obter um resultado satisfatório, é importante que a sequência de passos
estabelecida nesse manual seja rigorosamente seguida.
3.1 Sistema Operacional
A instalação do sistema operacional deve ser feita em uma máquina real. Embora alguns sistemas
executem bem em máquinas virtuais, o sistema da SARndbox possui funcionalidades que não
podem ser executadas nesse tipo de ambiente.
O processo de instalação do Linux Mint não faz parte do escopo desse manual. Caso exista dúvida
a respeito, existe uma descrição bastante detalhada disponível em: http://pt.wikihow.com/
Instalar-o-Linux-Mint.
3.1.1 Drivers de Vídeo
Uma vez instalado o Sistema Operacional, é preciso instalar os drivers de vídeo da NVidia. Para
fazer isso, com a Área de Trabalho visível na tela, deve-se clicar na opção “Menu” (Figura 3.1 -
1º). Isso abre um Menu de opções. Nesse Menu, selecione a opção “Tudo” (ou All Applications)
(Figura 3.1 - 2º).
Figura 3.1: Menu para instalação dos drivers de vídeo
No menu que é apresentado (Figura 3.2), utilize a barra de rolagem para visualizar outras opções.
Encontre e selecione a opção “Gerenciador de Drivers” (Driver Manager).
http://pt.wikihow.com/Instalar-o-Linux-Mint
http://pt.wikihow.com/Instalar-o-Linux-Mint
26 Capítulo 3
Figura 3.2: Seleção de Menu para Instalação de Drivers de vídeo
Após a seleção, será solicitado que se forneça a senha do usuário “root” (definida na instalação do
Sistema Operacional). Uma vez que a senha é introduzida, é apresentado um painel com uma lista
de drivers disponíveis para instalação (Figura 3.3).
Figura 3.3: Interface para Instalação dos Drivers de Vídeo
Selecione o driver binário Nvidia recomendado e em seguida no botão “Aplicar alterações” (Apply
Changes). Aguarde a instalação e reinicie o computador. Isso conclui a instalação dos drivers da
placa de vídeo.
Depois de instalar o driver e reiniciar o computador, verifique se o driver está funcionando correta-
mente, abrindo uma janela do terminal e digitando com precisão o seguinte comando (emcaso de
dúvida, copie e cole diretamente nesta página da web):
1 glxinfo | grep vendor
27
O terminal deve responder com o seguinte:
1 server glx vendor string: NVIDIA Corporation
2 client glx vendor string: NVIDIA Corporation
3 OpenGL vendor string: NVIDIA Corporation
Se a resposta for diferente, especificamente, se não imprimir "NVIDIA Corporation"nas três linhas,
ocorreu um erro na instalação do driver. Esse problema precisa ser corrigido antes de continuar.
3.1.2 Criação das Teclas de Atalho
Uma vez que os drivers de vídeo estão instalados, recomenda-se atribuir teclas de atalho para
alternar as janelas da aplicação entre os modos de tela cheia (full screen) e de janela.
Para isso, no Menu apresentado na Figura 3.4, selecione as opções “Centro de Controle”, “Atalhos
de teclado”. Alternativamente, pode-se inserir o texto “atalho” na caixa de pesquisa apresentada ao
se selecionar a opção “Central de Controle”, como mostra a Figura 3.4.
Figura 3.4: Acesso ao Menu Atalhos de Teclado
Ao selecionar a opção de Atalhos, uma nova janela é apresentada (Figura 3.5. Nessa janela, localize
a opção “Gerenciador de Janela” (Window Management), e depois “Alternar o modo de tela cheia”.
28 Capítulo 3
Figura 3.5: Interface para Definição de Teclas de Atalho
Uma vez selecionada essa opção, atribua um novo atalho, por exemplo Ctrl+Alt+F. Essa combina-
ção de teclas irá fazer uma aplicação em modo janela alternar para tela cheia, ou vice-versa.
Embora a combinação de teclas é opcional, ou seja, cada usuário pode selecionar quais teclas devem
ser pressionadas de acordo com sua conveniência, será considerada a combinação Ctrl+Alt+F nesse
guia.
3.2 Download e Instalação dos Softwares
Os passos a seguir descrevem como proceder para instalar o software da SARndbox, e dos demais
pacotes de software utilizados para que sua execução ocorra sem problemas. É importante que o
usuário a fazer essa instalação seja administrador do sistema (“root”).
Inicialmente, abra uma janela do terminal e digite precisamente os comandos a seguir (em caso de
dúvida, recortar e colar diretamente deste manual, uma linha de cada vez). O símbolo ˜ é uma
abreviação para o diretório home do usuário.
3.2.1 Vrui
1 cd ~
2 wget https://raw.githubusercontent.com/projetosar/SARndbox/V2.0/Build-Ubuntu.sh
3 bash Build-Ubuntu.sh
Estes comandos são utilizados para fazer download dos arquivos que serão utilizados para instalação
dos softwares Vrui, Kinect e SARndbox. Uma vez que essas instruções tenham concluído sua
execução, deve-se proceder com os comandos.
1 rm ~/Build-Ubuntu.sh
Ao executar a instrução da linha 2, será solicitada a senha do usuário para instalar bibliotecas de
pré-requisitos e então implantar o Vrui VR toolkit. Isso pode demorar um pouco e, ao final da
execução, deve ser apresentada uma janela contendo um globo terrestre em movimento.
29
Se a janela não aparecer, significa que ocorreu algum erro na instalação. Os erros podem ser
diversos, sendo que os mais comuns são:
• a placa de vídeo não é adequada;
• existe dependência de alguma biblioteca, ou seja, é preciso instalar alguma biblioteca exigida
pelo Vrui;
• o driver da placa de vídeo foi instalado, porém o computador não foi reiniciado.
Se não ocorrer nenhum erro, ou seja, a janela contendo o globo terrestre apareceu, então essa janela
pode ser fechada e, novamente no terminal, os seguintes comandos devem ser digitados, para que
seja instalado o software que faz a comunicação com o sensor Kinect:
3.2.2 Kinect
1 cd ~/src
2 wget https://github.com/projetosar/SARndbox/raw/V2.0/Kinect-3.7.tar.gz
3 tar xfz Kinect-3.7.tar.gz
4 cd Kinect-3.7
5 make
6 sudo make install
7 sudo make installudevrules
Finalmente, deve-se instalar o software da SARnbox, digitando as seguintes instruções no terminal:
3.2.3 SARndbox
1 cd ~/src
2 wget https://github.com/projetosar/SARndbox/raw/V2.0/SARndbox-2.6.tar.gz
3 tar xfz SARndbox-2.6.tar.gz
4 cd SARndbox-2.6
5 make
Após a instalação, todos os utilitários e aplicativos de suporte (RawKinectViewer e KinectViewer)
estarão instalados em ˜ /Vrui-4.6-005/bin e os utilitários de calibração e aplicação principal da
SARndbox estará em /src/SARndbox-2.6/bin.
4. Configuração
Para auxiliá-lo no processo de instalação,
recomendamos que acompanhe nosso tutorial
em vídeo no YouTube
(https://tinyurl.com/SarndboxUTFPR)
Essa é a etapa em que o software da SARndbox, por meio da ferramenta RawKinectViewer instalada
no processo anterior, faz a leitura tridimensional da superfície da areia. A aplicação exibirá uma
visualização em tempo real enquanto a câmera do sensor Kinect é alinhada.
4.1 Medição da Extensão da Superfície
O software da SARndbox precisa saber as extensões laterais visíveis da superfície da areia no que
diz respeito ao plano da base.
Esses valores são definidos medindo as posições 3D dos quatro cantos da superfície da areia usando
uma ferramenta chamada RawKinectViewer, que permite obter feedback visual em tempo real
enquanto a câmera Kinect é alinhada.
Importante: Antes de iniciar o processo via software, prepare a areia deixando-a plana.
https://www.youtube.com/channel/UCs3vgsEw70BhNJmyLfjgw4w/featured
https://tinyurl.com/SarndboxUTFPR
31
Para iniciar o RawKinectViewer, é preciso abrir uma janela do terminal e digitar os seguintes
comandos:
1 cd ~/src/SARndbox-2.6
2 ~/Vrui-4.6-005/bin/RawKinectViewer -compress 0
Isso inicia a aplicação, cuja interface é mostrada na Figura 4.1.
Figura 4.1: Interface da Ferramenta RawKinectViewer
Nessa interface, duas imagens são apresentadas. Se o sensor estiver devidamente posicionado, é
possível visualizar, à esquerda, uma imagem gerada pelo RawKinectViewer, enquanto na parte
direita temos a imagem capturada pela câmera do sensor, que deve ser a da caixa de areia.
Com a aplicação iniciada, pressione simultaneamente as teclas Ctrl + Alt + F para a exibição em
tela cheia. Em seguida, posicione o cursor do mouse no centro da imagem à esquerda e pressione
a tecla Z ao mesmo tempo em que clicar e puxar a imagem do RawKinectViewer para o centro,
até que esta ocupe a maior área da tela, sem que corte a própria tela da aplicação, assim como na
Figura 4.2.
O próximo passo é escolher uma tecla de atalho para selecionar a área desejada (usaremos a tecla P).
Para isso pressione a tecla P (e mantenha pressionada), posicione o cursor sobre a opção “Extract
Planes” no menu que será exibido (Figura 4.2) e solte a tecla P.
32 Capítulo 4
Figura 4.2: Menu de Contexto para a opção “Extract Planes”
Após isso, um clique com o botão direito do mouse deve fazer surgir outro menu (Figura 4.3),
onde será possível selecionar a opção “Average Frames”. Essa operação deve demorar cerca de 3
segundos até a imagem congelar.
Figura 4.3: Seleção da Opção “Average Frames”
O próximo passo é definir a área da imagem que corresponde à superfície da areia (retângulo
destacado na Figura 4.4). Isso é feito da seguinte forma: posiciona-se o cursor do mouse no canto
superior esquerdo do retângulo, pressiona-se a tecla P (conforme selecionada anteriormente) e, sem
clicar com o mouse, apenas arraste o cursor, deslocando-o até o canto inferior direito.
33
Figura 4.4: Definição da Área Correspondente à Superfície da Areia
Nessa etapa, deve-se evitar as áreas da imagem em preto (fora da superfície da areia). Esse processo
deve ser repetido até que o retângulo seja selecionado apenas dentro da área da areia. Se tudo
ocorreu corretamente, na janela do terminal 2 valores serão escritos: Depth-Space e Camera Space,
e pode-se desmarcar a opção “Average Frames”.
Uma vez definida a área na imagem, é preciso criar uma ferramenta de medição 3D. No mesmo
menu apresentado na Figura 4.3. Assim como no passo anterior, escolha uma tecla de atalho
diferente da anterior (usaremos a tecla O como exemplo) para marcar os pontos de extremidade
referentes à área que capturamos anteriormente. Para isso pressione a tecla O (e mantenha pressio-
nada), posicione o cursor sobre a opção “Measure 3D Positions” no menu que será exibido(Figura
4.2) e solte a tecla O.
Assim como na etapa anterior, clique com o botão direito do mouse para exibir o menu (Figura
4.3), selecione a opção “Average Frames”. Essa operação deve demorar cerca de 3 segundos até a
imagem congelar.
Na sequência, posicionamos o mouse, sequencialmente, nos quatro cantos da imagem da superfície
da areia, obedecendo a ordem: canto inferior esquerdo, canto inferior direito, canto superior es-
querdo, canto superior direito (Figura 4.5)). Em cada canto, ao posicionar o cursor, pressione a
tecla O para capturar cada ponto.
Figura 4.5: Captura das dimensões de superfície
34 Capítulo 4
Ao final desse procedimento, na janela do terminal teremos duas linhas: depth-space e camera-
space, seguidas por quatro linhas, cada uma com os valores referentes às coordenadas de cada um
dos pontos na caixa de areia (Figura 4.6). Caso essas linhas não sejam exibidas, é preciso refazer
esse passo.
Figura 4.6: Tela do Terminal Após a Medição da Superfície da Areia
Após isso, pode-se fechar a ferramenta RawKinectViewer, copiar os valores exibidos no terminal e
colar em um arquivo texto, que deve ser salvo com o nome de BoxLayout.txt
Uma vez obtidos esses dados, deve-se gravar esses valores em um arquivo chamado BoxLayout.txt.
Esse arquivo está localizado dentro da pasta SARndbox-2.6 (Caso a instalação tenha sido feita
obedecendo as configurações padrão)
Os valores copiados são apresentados na Figura 4.7 (destacados em vermelho). Note que o primeiro
valor – camera-space possui um sinal de igual (=), que deve substituído por uma vírgula (,) no
arquivo. Na Figura 4.7 também é apresentado o resultado final do arquivo BoxLayout.txt, após as
modificações (os valores vão variar de acordo com os dados obtidos a cada configuração).
35
Figura 4.7: Resultado Final do Processo e Formato do Arquivo BoxLayout.txt
Existe um vídeo descritivo que pode ser usado para auxiliar essa etapa. O processo descrito aqui é
apresentado nos 10:10 minutos iniciais do vídeo1
4.2 Cálculo da Matriz de Calibração
O processo descrito a seguir deve ser feito com a imagem em “tela cheia”, projetada sobre a
superfície da areia. Esse processo é o mais sensível e pode requerer que seja reiniciado diversas
vezes.
O último passo da montagem é calibrar a câmera Kinect e o projetor um em relação ao outro.
Esta etapa deve ser realizada com cautela, ou as cores e linhas de contornos topográficas não vão
aparecer no lugar certo.
A partir do momento que iniciar a calibração não se deve alterar a posição do sensor Kinect, nem
do projetor, e esse processo deve ser repetido toda vez que esses componentes forem movidos. O
processo de calibração utiliza a ferramenta CalibrateProjector. Para iniciar sua execução, em uma
janela do terminal, digitamos:
1 cd ~/src/SARndbox-2.6
2 ./bin/CalibrateProjector -s <width> <height>
onde <width> <height> são a largura e altura da imagem do projetor em pixels. Por exemplo, para
um projetor com resolução 1024x 768 (que é a resolução recomendada), o comando seria:
1 cd ~/src/SARndbox-2.6
2 ./bin/CalibrateProjector -s 1024 768
Nessa etapa será utilizado um objeto circular que servirá como um alvo. Este objeto deve ter seu
centro marcado de alguma forma.
1Disponível em: https://youtu.be/EW2PtRsQQr0?t=607
36 Capítulo 4
É recomendado utilizar um CD com um dos lados coberto com papel. No lado que do papel trace
duas linhas ortogonais que se cruzam no centro do disco, formando uma cruz. A Figura 4.8 mostra
o alvo utilizado para o processo descrito aqui.
Figura 4.8: Marcador Utilizado no Processo de Calibração
O procedimento de calibração requer posicionar o alvo em uma seguência de posições, definidas
pela imagem projetada. Quando CalibrateProjector é iniciado, uma imagem de fundo da superfície
da caixa de areia, é capturada. É importante não interromper o processo, nem colocar nenhum
objeto entre a câmera e a superfície da areia. A tela inicial da ferramenta CalibrateProjector é
apresentada na Figura 4.9.
Figura 4.9: Interface Inicial da Ferramenta CalibrateProjector
Após a tela vermelha desaparecer, é necessário criar um atalho para captura dos pontos coletados e
captura do background.
37
No processo aqui descrito, será definido um atalho para a tecla ‘2’. Após a imagem vermelha
desaparecer, pressione ‘2’ no teclado. Isso faz com que seja exibido um menu de contexto com
algumas opções. Posicione o cursor do mouse sobre a opção “capture” (Figura 4.10). A seleção da
opção “capture” faz surgir um novo menu de contexto, no qual pode-se escolher qual tecla será
usada para a captura do background. No processo descrito aqui, foi selecionada a tecla ‘c’ (Figura
4.11).
Figura 4.10: Criação de Atalho na Ferramenta CalibrateProjector
Figura 4.11: Menu para Selecionar Tecla para Captura do Background
Assim, foram criados os dois atalhos usados no processo de calibração. A tecla “2” serve para
capturar os pontos necessários para que o sistema defina a matriz de calibração, enquanto a tecla
“C” serve para capturar uma nova imagem de fundo.
38 Capítulo 4
Uma vez definidos os atalhos, deve-se obter uma sequência de pontos distribuídos no espaço. Esse
processo requer que o disco seja posicionado em diversos locais aleatórios distribuídos na área da
caixa de areia, com elevações variadas (acima e abaixo da areia).
Com a imagem sendo projetada sobre a areia, posicione o alvo tal que as linhas brancas projetadas
na interface da ferramenta (Figura 4.12) na superfície da areia correspondam exatamente com o
centro do disco.
Figura 4.12: Interface da Ferramenta para Captura dos Pontos de Calibração
Para certificar de que o alvo está sendo reconhecido, o alvo deve ser identificado com a cor verde e
estável. A superfície do disco deve estar paralela à areia, e deve-se variar a altura do alvo até a cor
projetada sobre ele seja verde.
Uma vez que se obtém o círculo verde, pressione o botão definido para capturar o ponto (no nosso
processo, foi definido como a tecla ‘2’) e aguarde até que o ponto seja capturado. É importante não
mover o alvo ou mover obstruir sua imagem enquanto isso ocorre.
Tão logo o ponto seja capturado corretamente, um novo par de linhas é exibido em outro local da
superfície. Esse processo é repetido automaticamente até que os 12 pontos sejam capturados.
Se, durante o processo de calibração, for necessário mudar a superfície da areia (por exemplo,
escavando um buraco para posicionar o alvo em um ponto abaixo da superfície), deve-se utilizar o
atalho para capturar novo background (definido nesse processo como a tecla ‘c’). Isso é feito sem
que seja necessário reiniciar a calibração.
Uma vez que o conjunto de pontos tenha sido recolhido, uma matriz de calibração é calculada e
exibida na tela, e esses dados são salvos dentro de um arquivo de configuração da SARndbox.
Opcionalmente, pode-se continuar a capturar pontos para que a calibração seja melhorada. A cada
captura adicional esse arquivo de configuração é atualizado. Para encerrar o processo, basta fechar
o aplicativo CalibrateProjector.
39
Após a primeira captura bem sucedida de pontos, a ferramenta CalibrateProjector passa a controlar
o destino de calibração em tempo real e indica a sua posição com uma mira vermelha. Para verificar
a qualidade de calibração, basta posicionar o alvo em qualquer lugar acima da superfície, retirar as
suas mãos e verificar se que a cruz vermelha cruza no centro do alvo.
Como material de apoio para esse processo, recomenda-se assistir ao vídeo dos desenvolvedores, a
partir do instante 10m10s até o final.
4.3 Configuração pós-instalação e ajuste de precisão
Até esse momento, as configurações básicas da SARndbox já possibilitam o uso adequado da
ferramenta, mas ainda há várias melhorias (opcionais) que podem ser feitas. As etapas a seguir
automatizam a exibição em tela cheia e habilitam funções que dão maior fluidez a futuros processos
de configuração.
4.3.1 Criação do diretório de arquivos de configuração por aplicativo
O kit de ferramentas Vrui VR oferece suporte a arquivosde configuração por aplicativo para definir
opções de exibição ou interação, além de pré-vincular ferramentas usadas regularmente. Esses
arquivos de configuração são armazenados no diretório /.config/Vrui-<version>/Applications, e
recebem o mesmo nome do aplicativo ao qual pertencem, além de uma extensão .cfg. Para criar o
diretório do arquivo de configuração, abra o terminal e execute o comando abaixo:
1 mkdir -p ~/.config/Vrui-4.6/Applications
4.3.2 Criação de um arquivo de configuração para o CalibrateProjector
O comando a seguir, cria um arquivo de configuração para o aplicativo CalibrateProjector usando
o editor de texto xed:
1 xed ~/.config/Vrui-4.6/Applications/CalibrateProjector.cfg
Para esse novo arquivo, cole o seguinte texto:
2 section Vrui
3 section Desktop
4 section Window
5 # Force the application's window to full-screen mode:
6 windowFullscreen true
7 endsection
8
9 section Tools
10 section DefaultTools
11 # Bind a tie point capture tool to the "1" and "2" keys:
12 section CalibrationTool
13 toolClass CaptureTool
14 bindings ((Mouse, 1, 2))
15 endsection
16 endsection
17 endsection
18 endsection
19 endsection
Salve o novo arquivo e feche do editor de texto.
40 Capítulo 4
Se você iniciar o CalibrateProjector , sua janela entrará no modo ‘Tela Cheia’, sem barras de título
ou painéis restantes. Se você pressionar a tecla “1”, o programa irá capturar um ponto de ligação de
calibração, e se você pressionar a tecla “2”, ele irá capturar novamente o fundo, indicado pela tela
ficando vermelha por dois segundos.
Você pode substituir os nomes das teclas “1” e “2” na tag “bindings” (dentro do arquivo) por
quaisquer outras teclas que desejar.
4.3.3 criar um arquivo de configuração para a SARndbox
Crie um arquivo de configuração para o aplicativo SARndbox usando o editor de texto xed :
20 xed ~/.config/Vrui-4.6/Applications/SARndbox.cfg
Para esse novo arquivo, cole o seguinte texto:
21 section Vrui
22 section Desktop
23 # Disable the screen saver:
24 inhibitScreenSaver true
25
26 section MouseAdapter
27 # Hide the mouse cursor after 5 seconds of inactivity:
28 mouseIdleTimeout 5.0
29 endsection
30
31 section Window
32 # Force the application's window to full-screen mode:
33 windowFullscreen true
34 endsection
35
36 section Tools
37 section DefaultTools
38 # Bind a global rain/dry tool to the "1" and "2" keys:
39 section WaterTool
40 toolClass GlobalWaterTool
41 bindings ((Mouse, 1, 2))
42 endsection
43 endsection
44 endsection
45 endsection
46 endsection
Salve o novo arquivo e feche do editor de texto.
Como visto na subseção 4.3.2 , isso fará com que a SARndbox inicie no modo ‘Tela Cheia’,
garantindo que a calibragem criada, usando o CalibrateProjector, corresponda exatamente à usada
pela SARndbox real. Além disso, a configuração inhibitScreenSaver impedirá que a tela fique em
branco se nenhuma tecla for pressionada e a configuração mouseIdleTimeout 5.0 ocultará o cursor
do mouse após cinco segundos de inatividade. Finalmente, a seção WaterTool liga uma ferramenta
para adicionar ou remover a água de/para a SARndbox inteira, pressionando “1” para chover, e “2”
para drenar a água. Como anteriormente, é possível definir as teclas que preferir.
41
4.4 Criação de ícone de execução para Área de Trabalho
Executar a SARndbox exige digitar uma longa linha de comando em uma janela do terminal, o
que pode ser entediante. Como solução, é possível criar um ícone na área de trabalho e abrir a
aplicação apenas com um clique duplo. Para isso, basta criar um script com os argumentos da linha
de comando e vinculá-lo a um ícone da área de trabalho.
Para criar um Shell script, execute o código abaixo em uma janela do terminal:
1 xed ~/src/SARndbox-2.6/RunSARndbox.sh
Isto abrirá o editor com um arquivo vazio. Cole o seguinte conteúdo nesse arquivo:
1 #!/bin/bash
2
3 # Enter SARndbox directory:
4 cd ~/src/SARndbox-2.6
5
6 # Run SARndbox with proper command line arguments:
7 ./bin/SARndbox -uhm -fpv
Adicione quaisquer argumentos de linha de comando que você normalmente usa ao executar a
SARndbox pela linha de comando. Em seguida, salve o arquivo, feche o editor de texto e execute a
instrução abaixo no mesmo terminal:
1 chmod a+x ~/src/SARndbox-2.6/RunSARndbox.sh
Com isso, o sistema operacional permitirá que o Shell script seja executado. Para criar um ícone na
área de trabalho, execute a próxima instrução no terminal:
1 xed ~/Desktop/RunSARndbox.desktop
Dentro do arquivo de texto vazio, cole o seguinte conteúdo:
1 #!/usr/bin/env xdg-open
2 [Desktop Entry]
3 Version=1.0
4 Type=Application
5 Terminal=false
6 Icon=mate-panel-launcher
7 Icon[en_US]=
8 Name[en_US]=
9 Exec=/home/<username>/src/SARndbox-2.6/RunSARndbox.sh
10 Comment[en_US]=
11 Name=Start the AR Sandbox
12 Comment=
Substitua <username> pelo seu nome de usuário real, para localizar o Shell script criado na etapa
anterior. Em seguida, salve o arquivo, saia do editor de texto e torne o arquivo executável com a
instrução abaixo:
1 chmod a+x ~/Desktop/RunSARndbox.desktop
Agora basta clicar duas vezes no ícone para iniciar a SARndbox com os argumentos da linha de
comando configurados anteriormente. Caso queira modificar esses argumentos, basta editar o script.
5. Execução da SARndbox
Para executar a SARndbox, há duas possibilidades: no terminal, ir até o diretório onde se encontram
os executáveis bin, e iniciar a aplicação, da seguinte forma:
1 cd ~/src/SARndbox-2.6/bin
2 ./SARndbox
Ou informar o caminho completo da aplicação:
1 ~/src/SARndbox-1.6/bin/SARndbox
5.1 Opções de execução
Quando a SARndbox é sem nenhum parâmetro ou opção de entrada, ela executa utilizando os
seus valores padrões (default). Esses valores podem ser alterados de acordo com a necessidade do
usuário, fornecendo opções ao invocar a execução do sistema. A forma de utilizar é:
1 ./SARndbox [opcao 1] [opcao 2]... [opcao n]
A Tabela 5.1 apresenta algumas das opções existentes, como utilizá-la e os valores padrões que a
SARndbox utiliza.
Opção Descrição Valor Padrão Parâmetros
-h Exibe uma mensagem de ajuda listando
os comandos SARndbox disponíveis
-c Seleciona o local da câmera Kinect de
acordo com índice fornecido (0: pri-
meira câmera no barramento USB)
0 <Índice da câmera>
-f Lê um fluxo de vídeo 3D pré-gravado de
um par de cor / profundidade
<prefixo do nome
do arquivo de qua-
dro>
43
-s Fator de escala real da SARndbox para
o terreno simulado
100,0 (escala de 1:
100, 1 cm na área de
segurança é 1m no
terreno
<fator de escala>
-slf Carrega o arquivo de acordo com o nome
fornecido
BoxLayout.txt <Nome do arquivo
Layout da SARnd-
box>
-er Define a variação da elevação da superfí-
cie da areia em relação a área plana, em
centímetros
Mapeamento de co-
res por elevação
<Elevação mí-
nima> <Elevação
máxima>
-hmp Define uma equação explícita do plano
base para usar o mapeamento de cores
de altura
<x> <y> <z> <des-
locamento>
-nas Define o número médio de slots no
frame filter, a latência é o <número de
slots> *1/30 segundos
30 <Número médio de
slots>
-sp Define os parâmetros do frame filter, nú-
mero mínimo de amostras válidas e vari-
ância máxima da amostra antes da con-
vergência
10 2 <Número mínimo
de amostras> <Vari-
ância máxima>
-he Define o tamanho do envelope de histe-
rese usado para a remoção do Jitter
0.1 <Envelope de histe-
rese>
-wts Define a largura e a altura da grade de
simulação de fluxo de água
640 480 <Largura da grade
de água> <Altura
da grande de água>
-ws Define a velocidade relativa da simula-
ção de água e o número máximo de pas-
sos (step) de simulação por frame
1.0 30 <Velocidade da
água> <Velocidade
da água por steps>
-rer Define a faixa de elevação do nível da
nuvem de chuva em relação ao plano de
área em centímetros
Uma distância
acima do mapa de
cores de elevação
<Elevação mínima
da chuva> <Ele-
vação Máxima da
chuva>
-rs Define a intensidade da chuva global ou
local em cm/ s
0.25 <Força chuva>
-evr Taxa da evaporação da água em cm / s 0.0 <Taxa de evapora-
ção>
-dds Fator de escalada distância de harmoni-
zação do DEM em cm
1.0 <escala de distância
DEM>
-wi Define o índice baseado em zero da ja-
nela de exibição para a qual as configu-
rações de renderização são aplicadas
0 <índice da janela>
-fpv Fixa a transformação de navegação de
modo que a câmera Kinect e o projetor
estão alinhados, como definido pelo ar-
quivo de calibração projetor
-nhs Desabilita sombreamento do morro (co-
lina)
44 Capítulo 5
-uhs Habilida sombreamento do morro (co-
lina)
-ns Desabilita sombreamento
-us Habilita sombreamento
-nhm Desabilita mapeamento de cores por ele-
vação
-uhm Habilita o mapeamento de cores por ele-
vação
-ncl Desabilita linha de contorno topográfi-
cas
-ucl Habilita linhas de contorno topográficas
e define a distância de elevação entre as
linhas de contorno adjacentes ao valor
especificado em cm
Espaçamento de li-
nha de contorno pa-
drão: 0,75
-rws Renderiza a superfície da água como su-
perfície geométrica
-rwt Renderiza a superfície da água como tex-
tura
-wo Define a profundidade da água em que a
água aparece opaca em centímetros
2.0 <Opacidade da
água>
-cp Define o nome de um chamado POSIX
pipe do qual se lê comandos de controle
<Nome do pipe de
controle>
Tabela 5.1: Opções de Execução da SARndbox
6. Práticas Didáticas
O relevo apresenta importância fundamental no processo de ocupação antrópica, uma vez que
se constitui como a base para o desenvolvimento das atividades da sociedade. Neste sentido,
conhecer e compreender a estrutura e dinâmica do relevo se torna fundamental para que a ocupação
possa ser feita de forma planejada, evitando processos que coloquem em risco a população e o
desencadeamento de problemas ambientais.
O uso de ferramentas tecnológicas neste contexto permite com que os processos sejam compreendi-
dos de forma mais dinâmica. Nesta perspectiva, são apresentadas algumas formas de aplicação1 da
SARndbox na área ambiental, com exemplos e indicação de ferramentas auxiliares. As aplicações
podem envolver tanto atividades relacionadas ao ensino básico e superior, como em relação a
projetos de consultoria de empresas públicas e/ou privadas, entre outros projetos que tenham o
relevo como objeto de análise.
1Nas práticas apresentadas aqui, a escala utilizada é de 1:10000, e a equidistância é de 100m. Esses valores podem
ser alterados de acordo com as preferências do usuário da SARndbox.
46 Capítulo 6
6.1 Formas de Relevo
“Quem tem o hábito de observar a paisagem ao longo de
qualquer percurso, vê passar diante de seus olhos uma
serie de formas de relevo, às vezes muito variadas, às vezes
monótonas e repetitivas. Qualquer que seja o nosso
itinerário o relevo varia, pouco ou muito, de espaço a
espaço. Ora passam diante do observador ocasional
terrenos planos e férteis, ora ondulações sob a forma de
colinas ou de morros baixos. Além, vêem terrenos muito
mais acidentados e montanhosos, silhuetas de planaltos e
verdadeiras montanhas, um ou outro pico em destaque
contra o céu. Próximo ao mar, terras e águas se alternam
através das mais variadas combinações. Ora aparecem
pontas e promontórios, a frente dos quais se prolongam
ilhas e ilhotas, ora aparecem enseadas e baias dos mais
variados tipos e dimensões, em cujos fundos estendem-se
concavidades de praias” [1]
O Relevo é compreendido como o resultado de forças diferentes, sintetizadas pelas atividades
tectônicas, estruturais e climáticas ocorridas ao longo do tempo geológico. Compreender as formas
de relevo envolve considerar a relação entre a estrutura e o formato, no intuito de associar de forma
direta o trabalho dinâmico presente nas formações [2].
6.1.1 Aplicação: Criando Formas de Relevo
O que fazer
Construir na areia, diferentes formas de relevo, trabalhando conceitos relacionados com cada
forma, sua gênese e evolução. As formas de relevo a serem construídas podem ser morros, colinas,
chapadas, planícies, entre outras.
Temas envolvidos
Os temas que estão envolvidos nesta aplicação envolvem gênese e evolução do relevo, unidades
estruturais e relevos derivados, formas de relevo e clima, formas e processos nas encostas/vertentes.
Sugestões de aplicação
A partir da construção de formas de relevo distintas, pode-se explorar em que situações ocorrem
estas formas de relevo, relacionando com unidades estruturais, gênese e evolução. Também é
possível explorar a relação com os agentes de denudação, considerando tipo climático, tipo de
vegetação e ocupação antrópica:
• Morros e Colinas
• Chapada
• Planície litorânea
• Cânion
• Cadeia de Montanhas
• Vertentes retilínea, convexa e côncava
As formas de relevo podem ser construídas com mais proximidade do real, considerando a escala
(1:10.000) e eqüidistâncias (1:100). Por exemplo, pode-se reproduzir determinada forma real tendo
47
como base as curvas de nível. Para isso, cartas topográficas podem ser baixadas no site do IBGE2
ou, no caso do Paraná, no site do ITCG3. Também é possível utilizar imagens do Google Maps, por
meio da ferramenta Terreno (6.1), a qual disponibiliza a imagem com curvas de nível.
Figura 6.1: Exemplo de Imagens do Google Maps na opção ’Terreno’
2Disponível em: https://www.ibge.gov.br/geociencias/cartas-e-mapas/folhas-topograficas.html
3Disponível em: http://www.itcg.pr.gov.br/modules/conteudo/print.php?conteudo=51
48 Capítulo 6
6.2 Bacia Hidrográfica
“A esse tempo, muito possivelmente, a bacia
hidrográfica do médio São Francisco
alimentava cursos antigos da hidrografia
amazônica ou nordestina” [3]
Bacia hidrográfica é toda a área que contribui por gravidade para os rios até chegar a seção que
define a bacia. Para cada seção de um rio existirá uma bacia hidrográfica. Esta área é definida pela
topografia da superfície. As características principais da bacia hidrográfica são a área de drenagem,
o comprimento do rio principal, declividade do rio e a declividade da bacia [4].
6.2.1 Aplicação: Criando uma Bacia Hidrográfica
O que fazer
Construir na areia uma bacia hidrográfica com as principais características, como: rio principal,
divisor de águas, afluentes e subafluentes.
Temas envolvidos
Os temas envolvendo esta aplicação podem ser tratados de forma interdisciplinar, como delimitação
de bacia hidrográfica, padrão de drenagem, tipo de rio, de canal e de drenagem, perfil longitudinal,
perfil transversal, mananciais de abastecimento, uso e ocupação do solo, leis ambientais.
Sugestões de aplicação
A partir da reprodução de uma bacia hidrográfica com as características indicadas, é possível
trabalhar a relação dos rios e da bacia com o relevo e com o contexto de uso e ocupação, envolvendo
temas como poluição, contaminação, inundação, mata ciliar, entre outros:
• Rio principal com formato do canal retilíneo no trecho superior e meandrante no trecho
inferior
• Divisor de águas definido
• Padrão de drenagem dendrítico
49
É interessante escolher um rio representativo em termos locais, como um rio do município ou
região, para aproximar a realidade vista e vivida. Para a construção com maior proximidade do
real, sugere-se utilizar cartas topográficas como base. As cartas podem ser baixadas no site do
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE4 ou, no caso do Paraná, no site do Instituto
de Terras Cartografia e Geociências – ITCG5. A escala neste caso pode ser adaptada ou ignorada.
Já as eqüidistâncias podem ser adaptadas.
4Disponível em: http://https://www.ibge.gov.br/geociencias/cartas-e-mapas/folhas-topograficas.html
5Disponível em: http://www.itcg.pr.gov.br/modules/conteudo/print.php?conteudo=51
50 Capítulo 6
6.3 Classificação do Relevo
“O observador mais prevenido, que se esforça para
entender um pouco melhor as formas de relevo que o
envolvem, tem que saber de antemão que está vendo
apenas minúsculas partes de um todo, ou mesmo
elementos ou componentes quase isolados de alguns
conjuntos.”
[1]
Classificar o relevo é uma tentativa de sistematizar a realidade. Para tanto, torna-se necessário
a sobreposição de dados, mapas, cartas em diferentes escalas, informações e observações.As
classificações podem ainda ser mutáveis, pois devem acompanhar as nuances e modificações da
mesma realidade [1]. Uma das classificações utilizadas envolve a relação entre classes de relevo
com classes de declividade.
6.3.1 Aplicação: Classificando o Relevo
O que fazer
Construir formas de relevo para cálculo de declividade e, posterior, classificação do relevo como
plano, suave ondulado, ondulado, forte ondulado, montanhoso e escarpado.
Temas envolvidos
Esta aplicação envolve diversos temas da área ambiental como declividade de encostas/vertentes,
deslizamentos, ocupação irregular, leis ambientais e leis de uso e ocupação do solo.
Sugestões de aplicação
Construir uma forma de relevo qualquer, calcular a declividade e classificar a forma construída
conforme a relação proposta por [5] – (6.1).
Classes de Declividade (%) Classes de Relevo
0 - 3 Plano
3 - 8 Suave Ondulado
8 - 20 Ondulado
20 - 45 Forte Ondulado
45 - 75 Montanhoso
> 75 Escarpado
Tabela 6.1: Relação entre Classes de Declividade e Classes de Relevo
Fonte: Embrapa (2006).
Para o cálculo de declividade, seguir a fórmula:
D =
h
l
×100
51
Onde,
D - Declividade em porcentagem (%)
l - Comprimento da vertente
h - Amplitude (diferença entre as cotas altimétricas do topo até o sopé)
É preciso considerar que na areia, a medida da vertente estará em centímetros, sendo necessário
converter para metros, considerando a escala, uma vez que a altitude está em metros. Para isso,
fazer o cálculo de Distância Real (D) antes de fazer o cálculo de Declividade, seguindo a fórmula:
D = E.d
Onde,
E – Escala em centímetros
D – Distância real (em metros ou km)
d – Distância no mapa em centímetros
Para outros cálculos, se necessário:
Escala: E = d/D
Distância gráfica: d = D/E
Após o cálculo para conhecer a Distância Real, deve ser feito o cálculo de Declividade. O resultado
será em porcentagem, o qual deve ser comparado na Tabela 1 com a classe de relevo especificada.
A equidistância disponível é de 100 metros (mas pode ser adaptada). A escala disponível é de
1:10.000 (mas pode ser adaptada).
52 Capítulo 6
6.4 Relevo e Código Florestal
“Os relatores do Código Florestal falam em que
as áreas muito desmatadas e degradadas
poderiam ficar sujeitas a ‘(re)florestamento’ por
espécies homogêneas, pensando em eucalipto e
pinus. Uma prova de sua grande ignorância, pois
não sabem a menor diferença entre
reflorestamento e florestamento.”
[6]
O Código Florestal (Lei Nº 12.651/2012) [7] [] determina que áreas com declividades específicas
devam ser destinadas à Área de Preservação Permanente. Ocupação em áreas de declividade
acentuada pode promover o desencadeamento de processos geomorfológicos como deslizamentos de
terra, afetando a integridade física dos habitantes e promovendo alterações ambientais significativas.
6.4.1 Aplicação: Reproduzindo vertentes/encostas
O que fazer
Reproduzir formas de relevo com declividades que estejam dentro dos limites de uso conforme o
Novo Código Florestal (Lei Nº 12.651/2012) estabelece.
Temas envolvidos
Esta aplicação envolve temas como vertentes/encostas, uso e ocupação do solo, relação meio
ambiente com leis ambientais, deslizamentos, cortes e aterros, entre outros.
Sugestões de aplicação
Reproduzir duas formas de relevo aplicando as seguintes situações, conforme previsto no Novo
Código Florestal (Lei Nº 12.651/2012):
• CAPÍTULO II - DAS ÁREAS DE PRESERVAÇÃO PERMANENTE Art. 4, V - as encostas
ou partes destas com declividade superior a 45◦, equivalente a 100% na linha de maior declive
• CAPÍTULO III - DAS ÁREAS DE USO RESTRITO Art. 11. Em áreas de inclinação
entre 25◦ e 45◦ (46% e 100%) serão permitidos o manejo florestal sustentável e o exercício
de atividades agrossilvipastoris, bem como a manutenção da infraestrutura física associada
ao desenvolvimento das atividades, observadas boas práticas agronômicas, sendo vedada a
conversão de novas áreas, excetuadas as hipóteses de utilidade pública e interesse social
Para reproduzir estas situações, deve ser feito o cálculo de declividade das vertentes/encostas à
medida que elas estejam sendo montadas para então saber se estão dentro dos limites da lei. Podem
ser escolhidas áreas reais para serem reproduzidas, por meio de cartas topográficas que podem ser
baixadas no site do IBGE6 ou, no caso do Paraná, no site do ITCG7. Também é possível utilizar
imagens do Google Maps, por meio da ferramenta Terreno, a qual disponibiliza a imagem com
curvas de nível.
6Disponível em: https://www.ibge.gov.br/geociencias/cartas-e-mapas/folhas-topograficas.html
7Disponível em: http://www.itcg.pr.gov.br/modules/conteudo/print.php?conteudo=51
53
Para o cálculo de declividade, seguir a fórmula:
D =
h
l
×100
Onde,
D - Declividade em porcentagem (%)
l - Comprimento da vertente
h - Amplitude (diferença entre as cotas altimétricas do topo até o sopé)
É preciso considerar que na areia, a medida da vertente estará em centímetros, sendo necessário
converter para metros, considerando a escala, uma vez que a altitude está em metros. Para isso,
fazer o cálculo de Distância Real (D) antes de fazer o cálculo de Declividade, seguindo a fórmula:
D = E.d
Onde,
E – Escala em centímetros
D – Distância real (em metros ou km)
d – Distância no mapa em centímetros
Para outros cálculos, se necessário:
Escala: E = d/D
Distância gráfica: d = D/E
Após o cálculo para conhecer a Distância Real, deve ser feito o cálculo de Declividade. A
equidistância disponível é de 100 metros (mas pode ser adaptada). A escala disponível é de
1:10.000 (mas pode ser adaptada).
54 Capítulo 6
6.5 Rios e Código Florestal
“...em ambas as planícies, vão se processar,
dentro em breve, grandes obras de urbanização,
representadas pela formação de novos bairros,
construção de avenidas marginais, novos
traçados ferroviários e, sobretudo, uma
verdadeira revolução para a circulação interna
da metrópole paulista” [8]
Os Rios e suas planícies e margens se caracterizam por formas de relevo que apresentam especifici-
dades que necessitam ser consideradas quando da ocupação antrópica, devido à dinâmica fluvial.
Os dois Códigos Florestais brasileiros (1965 e 2012) estabelecem restrições para o uso das margens
dos rios, porém o de 2012 alterou os limites para medir a Área de Preservação Permanente - APP,
que passou a considerar o leito regular8 e não mais, o nível mais alto do curso d’água. Esta situação
levou a diminuição da área destinada a vegetação, o que, dependendo da dinâmica fluvial, não
é suficiente para evitar enchentes e inundações. Além disso, o espaço que deveria ser APP num
cenário do antigo Código poderá ser ocupado, criando assim, áreas de risco.
6.5.1 Aplicação: Construindo leitos de rios
O que fazer
Construir na areia um rio com os diferentes tipos de leito e aplicar os dispositivos dos Códigos
Florestais (antigo e o novo), demonstrando as diferenças entre os dois no que se refere a forma de
delimitar as Áreas de Preservação Permanente nas margens dos rios.
Temas envolvidos
Os temas desta aplicação envolvem bacia hidrográfica, tipo de rio e de canal, perfil longitudinal e
transversal, leis ambientais, terraços fluviais, planície fluvial e aluvial, cheias e enchentes.
Sugestões de aplicação
Reproduzir os leitos fluviais de um rio (Figura 6.2)9 e trabalhar a relação entre os dois códigos
florestais, discutindo as implicações destas mudanças.
8Novo Código Florestal brasileiro (Lei nº 12.651/2012) CAPÍTULO I - DISPOSIÇÕES GERAIS XIX - leito
regular: a calha por onde correm regularmente as águas do curso d‘água durante o ano.
9Disponível em: <Fonte: http://www.rc.unesp.br/igce/aplicada/ead/interacao/inter11.html
55
Figura 6.2: Figura Representativa dos Tipos de Leito.
Fonte: IGCE/UNESP
Referências
[1] AB’SÁBER, A. N. Formas do relevo: texto básico. São Paulo, FUNBEC/Edart, 80p., 1975.
[2] CASSETI, V. Elementos de geomorfologia. Goiânia: Ed. UFG, 2001.
[3] AB’SÁBER, A. N. Regiões de circundesnudação pós-cretácea, no Planalto Brasileiro.
Boletim Paulista de Geografia, , n. 1, p. 1–21, 1949.
[4]TUCCI, C. E. Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre: ABRH, 2004.
[5] EMBRAPA, S. Sistema brasileiro de classificação de solos. Centro Nacional de Pesquisa
de Solos: Rio de Janeiro, 2006.
[6] AB’SÁBER, A. N. Do código florestal para o código da biodiversidade. Biota Neotropica,
v. 10, n. 4, p. 333, 2010.
[7] BRASIL. Lei n°. 12.651, de 25 de maio de 2012. Diário Oficial da República Federativa
do Brasil, 2012.
[8] AB’SÁBER, A. N. Geomorfologia do sítio urbano de São Paulo. Boletim da Faculdade
de Filosofia, Ciências e Letras da Universidade de São Paulo, 1956.
[9] DE RECURSOS NATURAIS, I. C.; AMBIENTAIS, E. Manual técnico de geomorfologia.
2 ed. Rio de Janeiro: IBGE, 2009.
[10] ROSSATO, M. S. et al. Terra: feições ilustradas. 3 ed. Porto Alegre: UFRGS, 2008.
Autores
Maristela Denise Moresco Mezzomo Profes-
sora Adjunta Nível IV do Departamento Aca-
dêmico de Ambiental da Universidade Tecnoló-
gica Federal do Paraná (UTFPR) câmpus Campo
Mourão-PR, onde ministra aulas e orienta no Pro-
grama de Pós-Graduação Mestrado Profissional
em Rede Nacional em Gestão e Regulação de
Recursos Hídricos - ProfÁgua e nos cursos de
Engenharia Ambiental e Técnico Integrado em
Informática. É doutora em Geografia pela linha
de pesquisa Paisagem e Análise Ambiental, junto
a Universidade Federal do Paraná. Possui Mes-
trado, Bacharelado e Licenciatura em Geografia.
É líder do Grupo de Pesquisa em Geoecologia
e Gestão Ambiental, no qual desenvolve proje-
tos de pesquisa e extensão envolvendo os temas
Geoecologia, Planejamento da Paisagem, Áreas
Protegidas, Recursos Hídricos, Percepção Ambi-
ental e Qualidade Ambiental Urbana.
contato: mezzomo@utfpr.edu.br
André Luiz Satoshi Kawamoto Professor do
Departamento de Ciência da Computação da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
(UTFPR) câmpus Campo Mourão – PR. Pos-
sui graduação em Bacharelado Em Ciência da
Computação pela Universidade Estadual de Ma-
ringá, mestrado em Ciência da Computação pela
Universidade Federal de São Carlos e doutorado
pela Universidade de São Paulo. Tem experi-
ência na área de Ciência da Computação, com
ênfase em Sistemas de Computação. Atuando
principalmente nos seguintes temas: Interfaces
Não Convencionais, Multimídia.
contato: kawamoto@utfpr.edu.br
Giorgio Artur Garcia Braz Aluno de gradua-
ção do curso Bacharelado em Ciência da Com-
putação da Universidade Tecnológica Federal do
Paraná (UTFPR), no campus de Campo Mourão
(2016). Tem interesse por Realidade Aumen-
tada e Interfaces Não-Convencionais aplicadas
em ferramentas educacionais.
mailto:mezzomo@utfpr.edu.br
mailto:kawamoto@utfpr.edu.br
	Apresentação
	1 Realidade Aumentada na Educação
	1.1 Introdução
	1.2 Realidade Virtual e Realidade Aumentada
	1.3 Aplicações de Realidade Aumentada na Educação
	1.3.1 3D Pop-up Book
	1.3.2 Augmented Chemistry Reactions
	1.3.3 Augmented Reality Magic Mirror
	1.3.4 Music-AR
	1.3.5 Considerações Finais
	Referências
	2 Montagem
	2.1 Materiais Necessários
	2.1.1 Requisitos do Computador
	2.1.2 Requisitos do Projetor
	2.1.3 Construção da Caixa de Areia
	2.2 Montagem da SARndbox
	2.2.1 Posicionamento do Sensor Kinect
	2.2.2 Instalação do Projetor
	3 Instalação
	3.1 Sistema Operacional
	3.1.1 Drivers de Vídeo
	3.1.2 Criação das Teclas de Atalho
	3.2 Download e Instalação dos Softwares
	3.2.1 Vrui
	3.2.2 Kinect
	3.2.3 SARndbox
	4 Configuração
	4.1 Medição da Extensão da Superfície
	4.2 Cálculo da Matriz de Calibração
	4.3 Configuração pós-instalação e ajuste de precisão
	4.3.1 Criação do diretório de arquivos de configuração por aplicativo
	4.3.2 Criação de um arquivo de configuração para o CalibrateProjector
	4.3.3 criar um arquivo de configuração para a SARndbox
	4.4 Criação de ícone de execução para Área de Trabalho
	5 Execução da SARndbox
	5.1 Opções de execução
	6 Práticas Didáticas
	6.1 Formas de Relevo
	6.1.1 Aplicação: Criando Formas de Relevo
	6.2 Bacia Hidrográfica
	6.2.1 Aplicação: Criando uma Bacia Hidrográfica
	6.3 Classificação do Relevo
	6.3.1 Aplicação: Classificando o Relevo
	6.4 Relevo e Código Florestal
	6.4.1 Aplicação: Reproduzindo vertentes/encostas
	6.5 Rios e Código Florestal
	6.5.1 Aplicação: Construindo leitos de rios
	Referências
	Autores